Eine Illustration zeigt ein wutentbranntes supermassives schwarzes Loch, das hochenergetische Winde ausspuckt.(Bildnachweis: : ESA (Anerkenntnis: Arbeit von ATG im Auftrag der ESA) )
Astronomen haben ein supermassereiches Schwarzes Loch entdeckt, das bei seiner Fütterung einen Wutanfall im galaktischen Maßstab auslöst, indem es im übertragenen Sinne „den Spieß umdreht“ und die Gasversorgung seiner Muttergalaxie abschneidet, die für die Geburt von Sternen benötigt wird.
Das Umkippen des Tisches geschieht in Form eines ultraschnellen Windes, der von dem leicht naschenden supermassiven schwarzen Loch ausgeht, das sich in einer ausgesprochen durchschnittlichen Galaxie befindet. Die Galaxie trägt den Namen Markarian 817 (Mrk 817) und befindet sich in 430 Millionen Lichtjahren Entfernung im Sternbild Draco; die vorliegende Situation wurde vom XMM-Newton-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) entdeckt.
Man nimmt an, dass supermassive schwarze Löcher mit einer millionen- oder gar milliardenfachen Sonnenmasse im Herzen aller Galaxien wohnen. In einigen Fällen sind diese kosmischen Titanen jedoch von Gas- und Staubscheiben umgeben, die als „Akkretionsscheiben“ bezeichnet werden und sie „ernähren“.
Wenn dies der Fall ist, heizt die immense Schwerkraft dieser schwarzen Löcher die gas- und staubhaltige Materie auf und bringt sie zum Glühen. Darüber hinaus lenken starke Magnetfelder die Materie, die nicht in das Schwarze Loch fällt, zu seinen Polen, wo sie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit hinausgeschleudert wird. Infolge dieser turbulenten Aktivität können diese Regionen, die als „aktive galaktische Kerne“ (AGN) bezeichnet werden, oft das Licht aller Sterne in den sie umgebenden Galaxien überstrahlen.
In einigen Fällen zeigen supermassereiche Schwarze Löcher, die von AGN angetrieben werden, ein noch drastischeres Verhalten: Sie kippen ihren gesamten kosmischen Esstisch um, indem sie das Gas in den umgebenden Akkretionsscheiben in alle Richtungen nach außen schleudern. Das Ergebnis sind „ultraschnelle schwarze Lochwinde“.
Wenn dies geschieht, beraubt sich das wutentbrannte Schwarze Loch nicht nur selbst des Gases, von dem es sich ernähren kann, sondern es treibt auch Gas von seiner Wirtsgalaxie weg, wodurch die Sternentstehung in einer riesigen Region zum Stillstand kommt.
Bisher hatten Astronomen diese ultraschnellen Winde nur bei extrem hellen AGNs mit wild fressenden Schwarzen Löchern beobachtet.
„Dies ist das erste Mal, dass wir ultraschnelle Winde gesehen haben, die von der Scheibe aktiver galaktischer Kerne (AGN) um ein supermassereiches Schwarzes Loch ausgestoßen werden, das mit einer wesentlich geringeren Rate akkretiert als der, bei der wir die Aktivierung solcher Winde erwarten“, sagte Elias Kammoun, Teammitglied und Postdoktorand an der Sapienza-Universität Rom, gegenüber kosmischeweiten.de.
Vor dieser Entdeckung, so Kammoun, war man allgemein davon ausgegangen, dass die Erzeugung ultraschneller Winde nur in Episoden auftrat, in denen Gas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit spiralförmig auf das supermassive Schwarze Loch zuflog.
„In diesem Regime wird eine große Menge an Energie freigesetzt und abgestrahlt, was ein Schlüsselfaktor für den Antrieb der Scheibenwinde ist“, fuhr er fort. „Mehrere Belege haben gezeigt, dass die Aktivität zentraler Schwarzer Löcher eine Schlüsselrolle bei der Umformung der Wirtsgalaxie und der Beeinflussung ihrer Entwicklung spielt, was wir als AGN-Feedback bezeichnen. Allerdings sind die Bedingungen, unter denen diese Rückkopplung ausgelöst werden kann, noch nicht ganz klar.
„Die Entdeckung ultraschneller Winde in einer mäßig akkretierenden Quelle wird uns dazu bringen, die Art und Weise, wie wir Winde in AGNs wahrnehmen, zu überdenken.“
Schwarzes Loch verstummte, bevor es den Tisch umdrehte
Mrk 817 hatte den Astronomen einen Hinweis gegeben, dass sich etwas Dramatisches anbahnte, als sein AGN extrem still wurde. Normalerweise würde man erwarten, dass es hochenergetisches Licht, wie zum Beispiel Röntgenstrahlen, ausstößt.
Miranda Zak, Doktorandin an der Universität von Michigan und Leiterin des Teams, entdeckte die seltsame Unterbrechung zunächst mit dem Swift-Observatorium der NASA und später mit dem empfindlicheren XMM-Newton. Letztlich fand Zak heraus, dass ultraschnelle Winde, die aus der Akkretionsscheibe im Herzen von Mrk 817 hervorgingen, Röntgenstrahlen absorbierten und damit jegliche Signale, die vom zentralen supermassereichen Schwarzen Loch ausgingen, verdeckten.
Eine weitere Analyse der Röntgenstrahlung dieses AGN zeigte, dass die zentrale Region von Mrk 817 nicht nur einen einzelnen Gasstoß aussendet, sondern einen großen Sturm über die Akkretionsscheibe bläst. Und nach ihren Beobachtungen können sie dies immer noch beobachten. Diese Winde können mehrere hundert Tage andauern und bestehen aus mindestens drei verschiedenen Komponenten, die sich jeweils mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Ein Blick auf die Galaxie Mrk 817, wie sie von Hubble gesehen wurde (Bildnachweis: ESA)
„Die Identifizierung von Scheibenwinden in supermassiven Schwarzen Löchern, die wie Mrk 817 mit normalen Raten akkretieren, wurde überhaupt nicht erwartet“, sagte Kammoun. „Die Phase der hohen Akkretionsrate sollte eine kurze Phase im Leben eines supermassiven Schwarzen Lochs sein. Im Gegensatz dazu kann die Akkretionsphase von Mrk 817 dank seiner moderaten Rate viel länger andauern.“
Er fügte hinzu, dass dies zwei wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Fütterung supermassereicher Schwarzer Löcher sowie der von ihnen angetriebenen AGNs hat.
Erstens bedeutet dies, dass selbst leicht fütternde supermassive schwarze Löcher Winde ausstoßen können, die stark genug sind, um ihre Wirtsgalaxien umzugestalten; außerdem scheinen sie eine ausreichend lange Lebensdauer zu haben, um solche Aktionen zu ermöglichen.
Zweitens: Wenn ultraschnelle Winde in Regionen um mäßig akkretierende Schwarze Löcher entstehen können, dann sind solche Winde wahrscheinlich häufiger, als Astronomen derzeit vermuten. So glauben die Wissenschaftler, dass diese Winde wahrscheinlich viele verschiedene Galaxien geformt haben, darunter auch einige, die uns bereits bekannt sind.
Die Entdeckung von Winden eines ruhigen Schwarzen Lochs, die über einen längeren Zeitraum anhalten, könnte eines Tages auch zur Beantwortung einer interessanten Frage beitragen: Warum scheinen einige Galaxien wie die Milchstraße mit ruhigen, leicht fütternden Schwarzen Löchern große, ausgedehnte Regionen in ihrem Herzen zu haben, in denen sich Sterne nur in sehr geringer Zahl bilden?
„Es gibt noch viel zu lernen über Mrk 817 im Besonderen und AGN-Winde im Allgemeinen“, sagte Kammoun. „Diese Entdeckung verändert die Art und Weise, wie wir AGNs betrachten. Es wird entscheidend sein zu wissen, wie viele der mäßig akkretierenden Quellen tatsächlich Winde ausstoßen. Dies wird uns helfen, besser zu verstehen, wie häufig sie sein können.
„Ich glaube, das ist nur die Spitze des Eisbergs!“Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (1. Februar) im Astrophysical Journal veröffentlicht.
